JP2015103914A - Optical power monitor circuit, optical module, station-side device, optical power monitor method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受信する光信号の光パワーをモニタするための光パワーモニタ用回路、光モジュール、局側装置、光パワーモニタ方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an optical power monitoring circuit, an optical module, a station side device, an optical power monitoring method, and a program for monitoring the optical power of a received optical signal.
近年、マルチメディアサービス(Multimedia Service)を各家庭に提供するためのアクセス系ネットワーク(Access Network)では、光ファイバを用いた公衆回路網で実現するPON(Passive Optical Network)システムと呼ばれる光通信システムが広く用いられている。 2. Description of the Related Art In recent years, in an access network (Access Network) for providing a multimedia service to each home, an optical communication system called a PON (Passive Optical Network) system realized by a public circuit network using an optical fiber is used. Widely used.
PONシステムは、局側装置である1台のOLT(Optical Line Terminal:光加入者線終端装置)と、光スターカプラ(Star Coupler)を介して接続される複数の加入者側端末装置であるONU(Optical Network Unit:光ネットワーク装置)により構成される。OLTは、全ONUに対して連続信号を送信する。一方、各ONUから送信する光パケット信号は、時分割多重伝送されてOLTで受信される。このため、OLTに備える光受信器は、光パケット信号を瞬時に電気再生するバースト受信機能を必要とする。 The PON system is an ONU that is a plurality of subscriber-side terminal devices connected to one OLT (Optical Line Terminal: optical subscriber line terminator), which is a station side device, via an optical star coupler (Star Coupler). (Optical Network Unit). The OLT transmits a continuous signal to all ONUs. On the other hand, the optical packet signal transmitted from each ONU is time-division multiplexed and received by the OLT. For this reason, the optical receiver provided in the OLT requires a burst reception function for instantaneously electrically regenerating the optical packet signal.
OLTで使用される光送受信器は仕様が標準化されつつあり、XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)、SFP+(Small Form Factor Pluggable Plus)等の仕様で定められた機能や外形を有する光モジュールが普及している。XFPやSFP+の光モジュールは、受信しているパケットの光強度を監視するためのモニタ用の信号を出力することが要求されている。例えば、MAC−IC(Media Access Control - Integrated Circuit:メディアアクセス制御集積回路)からのRSSI(Received Signal Strength Indication:受信信号強度指標)トリガ信号が入力されてから数100ns後にモニタ用の信号を出力する。 The specifications of optical transceivers used in OLT are being standardized, and optical modules having the functions and outlines defined by specifications such as XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) and SFP + (Small Form Factor Pluggable Plus) have become widespread. doing. An XFP or SFP + optical module is required to output a monitoring signal for monitoring the optical intensity of a received packet. For example, a monitoring signal is output several hundred ns after an RSSI (Received Signal Strength Indication) trigger signal is input from a MAC-IC (Media Access Control Integrated Circuit). .
モニタ用の信号を出力する方法として、光を電流に変換するデバイスであるPD(Photodiode:フォトダイオード)の電源電圧供給部にカレントミラー回路を設ける方法が一般的である。カレントミラー回路は、2以上のバイポーラトランジスタが並列に接続された構成を有しており、PDを接続する入力部に流れる電流に比例した電流を出力部から出力することができる。この電流を電圧に変換して受光パワーを示すモニタ用の信号を出力することができる。 As a method of outputting a monitor signal, a method of providing a current mirror circuit in a power supply voltage supply unit of a PD (Photodiode) that is a device that converts light into a current is generally used. The current mirror circuit has a configuration in which two or more bipolar transistors are connected in parallel. The current mirror circuit can output a current proportional to the current flowing through the input unit connecting the PD from the output unit. This current can be converted into a voltage to output a monitoring signal indicating the received light power.
このようなカレントミラー回路は電流が流れていない状態から電流を流そうとしたとき、応答が遅くなることが知られている。OLTの光受信器は、時分割多重された光パケット信号を受信するため、光パケット信号が全く入力されないガードタイムと呼ばれる区間が存在する。この区間では全く光入力が無いため、PDに電流がほとんど流れないが、この区間の後に光パケット信号が入力したとき、PDに流れる電流より遅れて、カレントミラー回路の出力電流が流れ始める。パケット入力のタイミングに対して数100ns程度の遅れが生じる場合もある。OLTの光受信器が、数100ns程度のパケット長を有する光パケット信号を受信する際には、カレントミラー回路の応答の遅れにより正確なパワーモニタができないという問題がある。 It is known that such a current mirror circuit has a slow response when an attempt is made to flow current from a state where no current flows. Since an OLT optical receiver receives time-division multiplexed optical packet signals, there is a section called guard time in which no optical packet signal is input. Since there is no optical input during this period, almost no current flows through the PD. However, when an optical packet signal is input after this period, the output current of the current mirror circuit begins to flow behind the current flowing through the PD. There may be a delay of several hundred ns with respect to the packet input timing. When an OLT optical receiver receives an optical packet signal having a packet length of about several hundred ns, there is a problem that accurate power monitoring cannot be performed due to a delay in response of the current mirror circuit.
これに対して、カレントミラー回路のPDを接続する入力部にオフセット電流を常時流しておくことにより、カレントミラー回路の応答を改善させる方法が知られている(例えば、特許文献1)。この方法において、オフセット電流を流すために入力部に負荷抵抗等を接続するが、温度による抵抗値の変動の影響を受けないようにする必要がある。また、PDがAPD(Avalanche Photodiode)であった場合、APDに印可する電源電圧を温度によって変化させているため、電源電圧の変化による影響も抑制する必要がある。また、オフセット電流自身も電流を制御するオペアンプや抵抗等の熱雑音の影響により、電流値自体が時間的に揺らいでしまうことがある。 On the other hand, there is known a method for improving the response of the current mirror circuit by causing an offset current to always flow through the input unit connected to the PD of the current mirror circuit (for example, Patent Document 1). In this method, a load resistor or the like is connected to the input unit in order to cause an offset current to flow, but it is necessary to avoid being affected by a change in resistance value due to temperature. Further, when the PD is an APD (Avalanche Photodiode), the power supply voltage applied to the APD is changed depending on the temperature, and therefore it is necessary to suppress the influence of the change in the power supply voltage. Also, the offset current itself may fluctuate in time due to the influence of thermal noise such as an operational amplifier or a resistor that controls the current.
特許文献1に記載の光受信器は、カレントミラー回路の入力部に、PDと並列に負荷抵抗を接続し、負荷抵抗を流れるオフセット電流を入力部に流すように構成している。また、カレントミラー回路の出力部におけるモニタ電流に比例したモニタ電位と、オフセット電流に比例したオフセット電位との電位差をモニタ信号として出力する。これにより、光パケット信号が入力される際のカレントミラー回路の出力応答を改善することができると共に、抵抗値の温度変動等によるオフセット電流の変動を差し引くことが可能となると説明されている。 The optical receiver described in Patent Document 1 is configured such that a load resistor is connected in parallel with the PD to the input portion of the current mirror circuit, and an offset current flowing through the load resistor is caused to flow to the input portion. Further, a potential difference between the monitor potential proportional to the monitor current at the output portion of the current mirror circuit and the offset potential proportional to the offset current is output as a monitor signal. Thus, it is described that the output response of the current mirror circuit when an optical packet signal is input can be improved, and the offset current fluctuation due to the temperature fluctuation of the resistance value can be subtracted.
OLTに光ファイバやスターカプラを介して接続される各ONUはOLTから異なる距離に位置するため、各ONUが送信した光信号のOLTの光受信器における受光レベルは受信パケット毎に大きく異なる。受光レベルが小さい場合には、数uA程度のPDの出力電流をモニタする必要がある。 Since each ONU connected to the OLT via an optical fiber or a star coupler is located at a different distance from the OLT, the light reception level of the optical signal transmitted from each ONU in the optical receiver of the OLT is greatly different for each received packet. When the light reception level is small, it is necessary to monitor the output current of the PD of about several uA.
特許文献1に記載の光受信器は、オフセット電圧を差し引いた電圧をモニタ信号として出力するため、PDの出力電流が数uA程度である場合には、オフセット電圧を非常に小さく、かつ、オフセット電圧の変動を非常に小さくする必要がある。このため、温度や電源電圧に対して性能の変化が非常に小さい部品等が必要となる。 Since the optical receiver described in Patent Document 1 outputs a voltage obtained by subtracting the offset voltage as a monitor signal, when the output current of the PD is about several uA, the offset voltage is very small and the offset voltage It is necessary to make the fluctuation of the very small. For this reason, components with extremely small changes in performance with respect to temperature and power supply voltage are required.
また、オフセット電流を流す負荷抵抗とモニタ電流を流す負荷抵抗は、抵抗値や温度変動が高い精度で等しいものを使用する必要がある。これらの要求から部品の選択肢が限られ、低コスト化の阻害要因となるという問題があった。 In addition, it is necessary to use a load resistor for supplying an offset current and a load resistor for supplying a monitor current that are equal in resistance value and temperature fluctuation with high accuracy. Due to these requirements, there are problems in that the choice of parts is limited, which is an impediment to cost reduction.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成からなる、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能な光パワーモニタ用回路等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical power monitor circuit or the like that is capable of outputting a monitor signal that expresses optical power with high accuracy, and that has a simple circuit configuration. And
上記目的を達成するため、本発明の光パワーモニタ用回路は、受光パワーに応じた電流を出力するアバランシェフォトダイオードを入力部に接続し、入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路と、アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、カレントミラー回路の入力部にアバランシェフォトダイオードと並列に接続した第1負荷抵抗と、電源電圧制御部が温度に応じて電源電圧を変化させることによる第1負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する補償情報を記憶する記憶部と、モニタ電流と補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力する処理部と、を備える。 In order to achieve the above object, an optical power monitoring circuit of the present invention connects an avalanche photodiode that outputs a current according to received light power to an input unit, and outputs a monitor current proportional to the input current flowing through the input unit. A current mirror circuit; a power supply voltage control unit that changes a power supply voltage of the avalanche photodiode according to temperature; a first load resistor connected in parallel with the avalanche photodiode at an input unit of the current mirror circuit; and a power supply voltage control unit A storage unit that stores compensation information that compensates for a change in the current flowing through the first load resistor caused by changing the power supply voltage according to temperature, and a processing unit that calculates and outputs a monitor value based on the monitor current and the compensation information And comprising.
本発明によれば、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to output a monitor signal representing optical power with high accuracy with a simple circuit configuration.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1について、図面を参照して詳細に説明する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1に係る光通信システム1は、ポイント・トゥ・マルチポイント(Point to Multi-point)の形式を採ったPON(Passive Optical Network)システムである。 The optical communication system 1 according to Embodiment 1 is a PON (Passive Optical Network) system adopting a point-to-multi-point format.
光通信システム1は、図1に示すように、局側装置である1台のOLT(Optical Line Terminal:光加入者線終端装置)10と、複数の加入者側端末装置であるONU(Optical Network Unit:光ネットワーク装置)20と、光信号を受動的に分岐・合流する光スターカプラ30と、を備えている。全てのONU20は、1以上の光スターカプラ30と、光ファイバ32を介して、OLT10に接続されている。
As shown in FIG. 1, the optical communication system 1 includes one OLT (Optical Line Terminal) 10 as a station side device and an ONU (Optical Network) as a plurality of subscriber side terminal devices. Unit: optical network device) 20 and an
OLT10は、光受信器11、光送信器12、波長多重カプラ13、信号処理部14を備える。図1に示すように、1つの光モジュール100内に少なくとも光受信器11、光送信機12、波長多重カプラ13を含むように構成しても良い。波長多重カプラ13は、光波長の異なる上り信号と下り信号を所定の方向に出力するためのものである。ONU20から出力され光ファイバ32を伝送してきた光信号を光受信器11側に出力し、光送信器12から出力される光信号を、ONU20が接続されている光ファイバ32側に出力している。
The OLT 10 includes an
信号処理部14は、送受信信号の処理を行うMAC−IC(Media Access Control - Integrated Circuit:メディアアクセス制御集積回路)を備える。信号処理部14のMAC−ICは、インターネットなどの外部ネットワーク40から入力されたベースバンド信号に基づいて送信信号を生成して光送信器12に対して出力する。また、光受信器11から入力された受信信号をベースバンド信号に変換し、外部ネットワーク40に出力する。
The
光送信器12は、半導体レーザなどの発光素子が発光する光を、信号処理部14から入力される送信信号で変調する。変調された光信号は下り信号として波長多重カプラ13を介して出力され、光ファイバ32を伝送し、各ONU20で受光される。
The
ONU20から送信されて光ファイバ32を伝送してきた上り信号の光信号は、波長多重カプラ13を介して光受信器11に入力される。光受信器11は、入力された光信号をAPD110で光電変換し、後段回路で電圧信号の受信信号に復調し、信号処理部14に出力する。
The upstream optical signal transmitted from the
ここで、各ONU20から送信される光信号は、バースト(burst)状の光パケット信号であり、それらを時分割多重した光信号がOLT10に入力される。
Here, the optical signal transmitted from each
各ONU20は、任意の長さの光ファイバ32と、任意の個数の光スターカプラ30を介してOLT10に接続されているため、OLT10の光受信器11が受光する光信号の強度は光パケット信号毎に大きく異なる。光受信器11が安定して光パケット信号を受信するためには、広幅なダイナミックレンジの光信号の光入力パワーを高速に取得可能なパワーモニタ機能を備える必要がある。
Since each
OLT10の光受信器11は、図2に示すように、受信した光信号を電流信号に変換するAPD(Avalanche Photodiode:アバランシェフォトダイオード)110と、APD110の電源であるAPD電源111と、APD電源111の電源電圧を制御する電源電圧制御部1111と、APD110を接続した入力部1121を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路112を備える。
As shown in FIG. 2, the
さらに、光受信器11は、カレントミラー回路112の入力部1121にAPD110と並列に接続された第1負荷抵抗(R1)113と、カレントミラー回路112の出力部1122に接続された第2負荷抵抗(R2)114と、カレントミラー回路112の出力部1122の電圧であるモニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールド回路(Sample and Hold Integrated Circuit:図中S/H ICと表示する)115と、サンプルアンドホールド回路115の出力電圧に基づいてモニタ信号を生成するMCU(Micro Controller Unit)116と、APD110の周辺温度を測定する温度センサ117と、を備える。MCU116の入力部には、ADコンバータ1161を備えている。
Further, the
より詳細には、光受信器11のAPD110は、光入力パワーに応じた電流を出力する受光素子である。電源電圧制御部1111は、APD110が一定の増倍率で動作するように、温度によってAPD電源111の電源電圧を変化させている。
More specifically, the
カレントミラー回路112は、2つのバイポーラトランジスタが並列に接続され、それぞれのベースとエミッタが接続されて等電位になっている。APD110を接続する入力側のバイポーラトランジスタのベースとコレクタが接続されていることで、2つのバイポーラトランジスタのコレクタ電流は同一になる。これにより、APD110を接続する入力部1121に流れる電流に比例したモニタ電流を出力部1122に流すことができる。
In the
第1負荷抵抗113は、カレントミラー回路112の入力部1121に、APD110と並列して接続されている。第1負荷抵抗113には常に電流が流れるため、APD110にパケット入力がなく電流が流れないときでも、カレントミラー回路112の入力部1121にオフセット電流Ioffsetが常に流れることになる。これにより、光パケット信号が入力されたときのカレントミラー回路112の出力応答の遅れを解消している。
The
第2負荷抵抗114は、カレントミラー回路112の出力部1122とグランドの間に接続されている。第2負荷抵抗114には、カレントミラー回路112の入力部1121を流れる電流に比例した電流が流れることになる。つまり、APD110と第1負荷抵抗113を流れる電流の和に比例したモニタ電流が流れる。このモニタ電流が第2負荷抵抗114を流れることにより電流電圧変換され、カレントミラー回路112の出力部1122の電圧をモニタ電圧として出力する。
The
サンプルアンドホールド回路115は、カレントミラー回路112の出力部1122に接続される。サンプルアンドホールド回路115は、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号(Sample and Hold Input signal:図中S/H Inputと表示する)に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。
The sample and hold
MCU116は、CPU、メモリ等を備えたマイクロプロセッサである。MCU116は、サンプルアンドホールド回路115でホールドされているモニタ電圧を、ADコンバータ1161でデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号に基づいてモニタ信号を生成して出力する。
The
ここで、カレントミラー回路112の出力部1122をMCU116のADコンバータ1161に直接接続した場合、光受信器11が受信するパケット長が短く、ADコンバータ1161におけるサンプリング時間が十分でない可能性がある。これに対して、本実施形態のように、カレントミラー回路112の出力をサンプルアンドホールド回路に入力させてモニタ電圧をホールドすることで、ADコンバータ1161でサンプリングを行うのに十分な時間を確保することができる。
Here, when the
MCU116は、APD110の受光レベルに対する光電変換効率の非線形性を考慮して、ADコンバータ1161の出力信号からモニタ信号を生成する。具体的には、光トランシーバの規格の一つであるSFF−8872に規定されている式(1)に示す4次関数を用いてモニタ値を計算する。
The
Rx_PWR (uW) = Rx_PWR(4) * Rx_PWRAD4 +
Rx_PWR(3) * Rx_PWRAD3 +
Rx_PWR(2) * Rx_PWRAD2 +
Rx_PWR(1) * Rx_PWRAD + Rx_PWR(0) (1)
Rx_PWR (uW) = Rx_PWR (4) * Rx_PWRAD 4 +
Rx_PWR (3) * Rx_PWRAD 3 +
Rx_PWR (2) * Rx_PWRAD 2 +
Rx_PWR (1) * Rx_PWRAD + Rx_PWR (0) (1)
ここでRx_PWR(4〜0)は4次関数の係数であり、Rx_PWRADはADコンバータ1161の出力値に対して補償を行った値(以下、補償ADC値と呼ぶ)である。係数Rx_PWR(4〜0)は標準の評価条件(例えば、Tc=25℃、Vcc=3.3V)で評価された各光入力パワーでのADコンバータ1161の出力値を元に算出される。
Here, Rx_PWR (4 to 0) is a coefficient of a quartic function, and Rx_PWRAD is a value obtained by compensating the output value of the AD converter 1161 (hereinafter referred to as a compensation ADC value). The coefficient Rx_PWR (4 to 0) is calculated based on the output value of the
また、APD110が一定の増倍率になるようにAPD電源111の電源電圧を温度によって変えているため、第1負荷抵抗113を流れるオフセット電流Ioffsetも温度によって変動する。また、第1負荷抵抗113等の熱雑音の影響によってもオフセット電流Ioffsetの電流値自体が時間的に変動することもある。MCU116は、オフセット電流Ioffsetの変動の影響も考慮してモニタ値を計算する。
Further, since the power supply voltage of the
温度センサ117は、APD110の近傍の温度を測るセンサであり、サーミスタ等から構成される。温度センサ117の出力はMCU116に入力され、モニタ値の算出に利用する。
The
以上のように構成された光受信器11においてMCU116が実行するモニタ信号出力処理について図3のフローチャートに沿って詳細に説明する。
The monitor signal output process executed by the
まず、光受信器11が通常運転中であるか否かを判定し(ステップS101)、通常運転中でなく調整中である場合には(ステップS101:No)、ステップS102以下の温度補償関数を取得する処理を行う。調整中においては、光パケット信号はAPD110に入力させない。
First, it is determined whether or not the
まず、APD110の周囲温度を変化させる。例えば、調整中である光受信器11を、環境温度を変化することが可能な恒温槽に格納し、光受信器11の温度を変化させる。温度を変化させながら、光受信器11の温度センサ117の出力値及びADコンバータ1161の出力値を取得する(ステップS102)。この時、APD110には電流が流れないため、第1負荷抵抗113に流れるオフセット電流のみを流したときのADコンバータ1161の出力値(以下、ADC値と呼ぶ)を取得することができる。
First, the ambient temperature of the
温度センサ117の出力値が示す温度とADC値の関係から温度補償関数を取得する(ステップS103)。具体的には、予め決めた温度におけるADC値を基準値として、各温度のADC値と基準値との差を補正値として算出する。図4(a)に、光パケット信号を入力させずに温度を0〜70℃の範囲内で変化させたときの温度センサ117が示す温度とADC値を例示する。ここでは、40℃のときのADC値100を基準値として、各温度のADC値と基準値との差を補正値として算出する。
A temperature compensation function is acquired from the relationship between the temperature indicated by the output value of the
温度補償関数は、各温度の補正値に対してフィッティングして求める。温度補償関数は、n次関数やLog関数等、任意の関数を用いて良い。図4(b)は、図4(a)に示した各温度の補正値をプロットしており、これに対して1次関数でフィッティングして温度補償関数を求めた結果(実線)を示している。算出した温度補償関数は、MCU116のメモリに保存する(ステップS104)。ここまでを調整時に実施する。 The temperature compensation function is obtained by fitting the correction value for each temperature. As the temperature compensation function, an arbitrary function such as an n-order function or a Log function may be used. FIG. 4 (b) plots the correction values for each temperature shown in FIG. 4 (a), and shows the result (solid line) obtained by fitting a linear function to the temperature compensation function. Yes. The calculated temperature compensation function is stored in the memory of the MCU 116 (step S104). This is what is done during adjustment.
MCU116は、通常動作時である場合には(ステップS101:Yes)、ADC値、温度補償関数に基づいてモニタ値を算出して出力する。通常動作時(光信号受信時)においては、カレントミラー回路112の入力部1121には、APD110で受光した光を光電変換した電流と、第1負荷抵抗113に流れるオフセット電流の和が流れる。カレントミラー回路112の出力部1122には、入力部1121に流れる電流に比例するモニタ電流が流れ、第2負荷抵抗114により電流電圧変換され、モニタ電圧がサンプルアンドホールド回路115に入力される。
If the
サンプルアンドホールド回路115では、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。MCU116は、ホールドされたモニタ電圧をADコンバータ1161でデジタル信号に変換してADC値を取得する(ステップS105)。MCU116は、温度センサ117が示す温度に対する補正値をメモリから呼出した温度補償関数を用いて算出する。そして、ADC値に補正値を加算して補償ADC値をもとめる(ステップS106)。そして、式(1)を用いて補償ADC値からモニタ値を算出し、モニタ値を含むモニタ信号を出力する(ステップS107)。MCU116はモニタ信号出力処理の終了操作がない限り(ステップS108:No)、ステップS101に戻って処理を継続する。
The sample and hold
以上説明したように、本実施の形態によれば、APD110をカレントミラー回路112の入力部1121に接続し、APD110と並列に第1負荷抵抗113を接続し、カレントミラー回路112の出力部1122に第2負荷抵抗114を接続し、出力部1122から出力してサンプルアンドホールド回路115でホールドしたモニタ電圧をADコンバータ1161でデジタル信号に変換して、そのデジタル信号に基づいてMCU116がモニタ値を算出する。MCU116のメモリには予め求めておいた温度補償関数を記憶しておき、MCU116は、ADコンバータ1161が出力するデジタル信号の値に対して、温度センサ117が示す温度に対応する補正値で補償したモニタ値を算出し、出力する。
As described above, according to the present embodiment, the
これにより、電源電圧の温度変動やオフセット電流自身の変動分を補償した正確なモニタ値を出力することができる。 As a result, it is possible to output an accurate monitor value that compensates for the temperature fluctuation of the power supply voltage and the fluctuation of the offset current itself.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2について、図面を参照して詳細に説明する。
Embodiment 2. FIG.
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施の形態2における光通信システム1、OLT10の構成は、実施の形態1と同様である。実施の形態1に係るOLT10内の光受信器11に代えて光受信器15を備える。光受信器15の内部構成について、図5を用いて説明する。
The configurations of the optical communication system 1 and the
図5に示すように、OLT10の光受信器15は、実施の形態1の光受信器11と同様の、APD110と、カレントミラー回路112と、第1負荷抵抗(R1)113と、第2負荷抵抗(R2)114と、サンプルアンドホールド回路115と、MCU116と、温度センサ117と、を備える。MCU116の入力部にはADコンバータ1161を備え、出力部にはDAコンバータ1162を備えている。
As shown in FIG. 5, the
OLT10の光受信器15は、さらに、MCU116のDAコンバータ1162から出力される電圧信号に基づいて直流高電圧を発生させ、APD110に電源電圧を供給する高電圧発生回路118を備えている。
The
より詳細には、高電圧発生回路118は、MCU116のDAコンバータ1162から入力される電圧信号に基づいて、出力電圧を変化させる。つまり、DAコンバータ1162が出力する電圧信号は、高電圧発生回路118に対する指示値に相当する。高電圧発生回路118は、APD110が一定の増倍率になるように温度によってAPD110に供給する電圧を変化させる必要がある。よって、MCU116は、高電圧発生回路118が温度によって適切な電源電圧をAPD110に供給できるように、温度センサ117が示す温度に対応してDAコンバータ1162の出力電圧を変化させる。
More specifically, the high
また、MCU116は、実施の形態1と同様に、ADコンバータ1161の出力信号に対してMCU116のメモリに記憶する補償関数で補償を行った値に基づいて、モニタ信号を生成して出力する。
Similarly to the first embodiment, the
以上のように構成された光受信器15においてMCU116が実行するモニタ信号出力処理について図6のフローチャートに沿って詳細に説明する。
The monitor signal output processing executed by the
まず、光受信器11が通常運転中であるか否かを判定し(ステップS201)、通常運転中でなく調整中である場合には(ステップS201:No)、ステップS202以下のDAC値補償関数を取得する処理を行う。調整中においては、光パケット信号はAPD110に入力させない。
First, it is determined whether or not the
まず、MCU116は、DAコンバータ1162の出力電圧(以下、DAC値と呼ぶ)を変化させつつ、ADコンバータ1161の出力値を取得する(ステップS202)。この時、APD110には電流が流れないため、第1負荷抵抗113に流れるオフセット電流のみを流したときのADコンバータ1161の出力値(以下、ADC値と呼ぶ)を取得することができる。
First, the
DAC値とADC値の関係からDAC値補償関数を取得する(ステップS203)。具体的には、予め決めたDAC値におけるADC値を基準値として、各DAC値に対するADC値と基準値との差を補正値として算出する。ここで、DAC値の基準値は実施の形態1で基準とした温度(例えば図4の例において40℃)でのDAC値を用いる。図7(a)に、光パケット信号を入力させずにDAC値を1200〜1900の範囲内で変化させたときのADC値を例示する。ここでは、DAC値が1500のときのADC値100を基準値として、各DAC値に対してADC値と基準値との差を補正値として算出する。
A DAC value compensation function is acquired from the relationship between the DAC value and the ADC value (step S203). Specifically, the ADC value at a predetermined DAC value is used as a reference value, and the difference between the ADC value for each DAC value and the reference value is calculated as a correction value. Here, as the reference value of the DAC value, the DAC value at the temperature (for example, 40 ° C. in the example of FIG. 4) used in the first embodiment is used. FIG. 7A illustrates an ADC value when the DAC value is changed within the range of 1200 to 1900 without inputting the optical packet signal. Here, the
DAC値補償関数は、DAC値に対する補正値に対してフィッティングして求める。DAC値補償関数は、n次関数やLog関数等、任意の関数を用いて良い。図7(b)は、図7(a)に示したDAC値と補正値の関係をプロットしており、これに対して1次関数でフィッティングしてDAC値補償関数を求めた結果(実線)を示している。算出したDAC値補償関数は、MCU116のメモリに保存する(ステップS204)。ここまでを調整時に実施する。 The DAC value compensation function is obtained by fitting the correction value for the DAC value. As the DAC value compensation function, an arbitrary function such as an n-order function or a Log function may be used. FIG. 7 (b) plots the relationship between the DAC value and the correction value shown in FIG. 7 (a), and a result obtained by fitting a linear function to the DAC value to obtain a DAC value compensation function (solid line). Is shown. The calculated DAC value compensation function is stored in the memory of the MCU 116 (step S204). This is what is done during adjustment.
MCU116は、通常動作時である場合には(ステップS201:Yes)、ADC値、DAC値補償関数に基づいてモニタ値を算出して出力する。通常動作時(光信号受信時)においては、カレントミラー回路112の入力部1121には、APD110で受光した光を光電変換した電流と、第1負荷抵抗113に流れるオフセット電流の和が流れる。カレントミラー回路112の出力部1122には、入力部1121に流れる電流に比例するモニタ電流が流れ、第2負荷抵抗114により電流電圧変換され、モニタ電圧がサンプルアンドホールド回路115に入力される。
If the
サンプルアンドホールド回路115では、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。MCU116は、ホールドされたモニタ電圧をADコンバータ1161でデジタル信号に変換したADC値を取得する(ステップS205)。MCU116は、DAコンバータ1162が出力しているDAC値に対する補正値をメモリから呼出した補償関数を用いて算出する。そして、ADC値に補正値を加算して補償ADC値をもとめる(ステップS206)。そして、式(1)を用いて補償ADC値からモニタ値を算出し、モニタ値を含むモニタ信号を出力する(ステップS207)。
The sample and hold
以上説明したように、本実施の形態によれば、APD110をカレントミラー回路112の入力部1121に接続し、APD110と並列に第1負荷抵抗113を接続し、カレントミラー回路112の出力部1122には第2負荷抵抗114を接続し、出力部1122から出力しサンプルアンドホールド回路115でホールドしたモニタ電圧をADコンバータ1161でデジタル信号に変換して、そのデジタル信号に基づいてMCU116がモニタ値を算出する。MCU116のメモリには予め求めておいたDAC値に対する補償関数を記憶しておき、MCU116は、ADコンバータ1161が出力するデジタル信号の値に対して、DAコンバータ1162の出力値に対応する補正値で補償したモニタ値を算出し、出力する。
As described above, according to the present embodiment, the
これにより、温度に応じてAPD110の電源電圧を変動させることによるオフセット電流の変動やオフセット電流自身の変動を補償した正確なモニタ値を出力することができる。
As a result, it is possible to output an accurate monitor value that compensates for fluctuations in the offset current and fluctuations in the offset current itself due to fluctuations in the power supply voltage of the
<実施例>
本発明の構成と従来構成について、モニタ電圧のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を図8に示す。図8の黒丸のデータはモニタ値の複数回測定時の平均値、その他のデータ(白の菱形)はそれぞれの測定回のモニタ値である。本発明の構成(a)は、実施の形態1の構成を用いた。また、従来構成(b)は、カレントミラー回路112の出力に対して温度補償を行わない構成を用いた。APD110に入力する光信号は、図9に示すように、光入力パワーが−7dBmの光パケット信号の後に、−7dBm〜−28dBmの光パケット信号が入力するようにした。
<Example>
The monitor voltage was simulated for the configuration of the present invention and the conventional configuration. The result of the simulation is shown in FIG. The black circle data in FIG. 8 is the average value of the monitor values measured a plurality of times, and the other data (white diamonds) are the monitor values of each measurement time. The configuration (a) of the present invention uses the configuration of the first embodiment. In the conventional configuration (b), a configuration in which temperature compensation is not performed on the output of the
図8から明らかなように、補償関数を適用しなかった従来構成(b)では、オフセット電流変動の影響により、入力光パワーが低い範囲において実際の光入力パワー(実測値)とモニタ値の差が大きく、また個々の測定での測定ばらつきが大きいため、モニタ精度が悪かった。一方、本発明の構成(a)はオフセット電流の変動分をMCU116で補償しているため、実際の光入力パワー(実測値)とモニタ値の差が小さくなりモニタ精度が改善した。
As is clear from FIG. 8, in the conventional configuration (b) in which the compensation function is not applied, the difference between the actual optical input power (measured value) and the monitor value in the range where the input optical power is low due to the influence of the offset current fluctuation. The monitor accuracy was poor because of the large and large measurement variability in individual measurements. On the other hand, since the configuration (a) of the present invention compensates for the fluctuation of the offset current by the
このように本発明は、カレントミラー回路の入力部にAPDと第1負荷抵抗を互いに並列に接続し、APDの電源電圧を温度に応じて変化させることによる第1負荷抵抗を流れるオフセット電流の変化分を補償する補償情報を予め記憶させておき、APDに光入力する際には、カレントミラー回路の出力部を流れるモニタ電流と補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力することとした。これにより、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能となる。 As described above, the present invention connects the APD and the first load resistor in parallel to the input part of the current mirror circuit, and changes the offset current flowing through the first load resistor by changing the power supply voltage of the APD according to the temperature. Compensation information for compensating for the minute is stored in advance, and when the light is input to the APD, the monitor value is calculated and output based on the monitor current flowing through the output part of the current mirror circuit and the compensation information. As a result, it is possible to output a monitor signal representing the optical power with high accuracy with a simple circuit configuration.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, the various change in the range which does not deviate from the summary of this invention is possible.
例えば、上記実施の形態において、温度又はDAC値に対する補償関数を求めてMCU116のメモリに記憶し、補償時には、補償関数から補正値を算出してモニタ値に加算するとしたが、各温度又はDAC値に対する補正値をメモリに記憶しておき、補償時には、各温度又はDAC値の補正値を読み出してモニタ値に加算するようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the compensation function for the temperature or the DAC value is obtained and stored in the memory of the
また、モニタ信号出力処理を光受信器11内のMCU116が実行するとしたが、信号処理部14内の演算処理部で実行するようにしてもよい。
Further, although the monitor signal output process is executed by the
また、実施の形態1において、MCU116がAPD110の周囲の温度を変動させて、温度に対するADC値を取得してそれに基づいて温度補償関数を求めるとしたが、調整時に恒温槽等の温度変化装置を用いて、光受信器11全体の温度を変化させ、それぞれの温度においてADC値を取得した結果に基づいて温度補償関数を調整用のコンピュータで求め、得られた温度補償関数をMCU116のメモリに保存するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
また、上記実施の形態のMCU116が実行したモニタ信号出力処理のプログラムを、既存の情報端末に適用することで、当該情報端末を本発明に係るMCU116に代替して機能させることも可能である。
Further, by applying the monitor signal output processing program executed by the
このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、CD−ROM(Compact Disc Read-Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)、MO(Magneto Optical Disc)、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、携帯電話網やインターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。 Such a program distribution method is arbitrary, for example, a computer-readable recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disc), an MO (Magneto Optical Disc), or a memory card. It may be stored and distributed in the network, or distributed via a communication network such as a mobile phone network or the Internet.
1 光通信システム、10 OLT、20 ONU、30 光スターカプラ、32 光ファイバ、40 外部ネットワーク、11,15 光受信器、100 光モジュール、110 APD、111 APD電源、1111 電源電圧制御部、112 カレントミラー回路、1121 入力部、1122 出力部、113 第1負荷抵抗、114 第2負荷抵抗、115 サンプルアンドホールド回路、116 MCU、1161 ADコンバータ、1162 DAコンバータ、117 温度センサ、118 高電圧発生回路、12 光送信器、13 波長多重カプラ、14 信号処理部 1 optical communication system, 10 OLT, 20 ONU, 30 optical star coupler, 32 optical fiber, 40 external network, 11, 15 optical receiver, 100 optical module, 110 APD, 111 APD power supply, 1111 power supply voltage control unit, 112 current Mirror circuit, 1121 input section, 1122 output section, 113 first load resistance, 114 second load resistance, 115 sample and hold circuit, 116 MCU, 1161 AD converter, 1162 DA converter, 117 temperature sensor, 118 high voltage generation circuit, 12 optical transmitters, 13 wavelength multiplexing couplers, 14 signal processing units
Claims (10)
前記アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、
前記カレントミラー回路の入力部に、前記アバランシェフォトダイオードと並列に接続した第1負荷抵抗と、
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第1負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する補償情報を記憶する記憶部と、
前記モニタ電流と前記補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力する処理部と、を備える、
光パワーモニタ用回路。 An avalanche photodiode that outputs a current according to the received light power is connected to the input unit, and a current mirror circuit that outputs a monitor current proportional to the input current flowing through the input unit;
A power supply voltage control section for changing the power supply voltage of the avalanche photodiode according to the temperature;
A first load resistor connected in parallel with the avalanche photodiode at the input of the current mirror circuit;
A storage unit for storing compensation information for compensating for a change in the current flowing through the first load resistor due to the power supply voltage control unit changing the power supply voltage according to temperature;
A processing unit that calculates and outputs a monitor value based on the monitor current and the compensation information,
Optical power monitor circuit.
前記処理部は、前記サンプルアンドホールド部でサンプルしホールドしたモニタ電圧をアナログ/デジタル変換して、前記記憶部に記憶した前記補償情報を用いて補償したモニタ値を算出する、
請求項1に記載の光パワーモニタ用回路。 The current mirror circuit further includes a second load resistor for converting the monitor current into a monitor voltage at the output unit, and a sample and hold unit for sampling and holding the monitor voltage,
The processing unit performs analog / digital conversion on the monitor voltage sampled and held by the sample and hold unit, and calculates a monitor value compensated using the compensation information stored in the storage unit.
The optical power monitoring circuit according to claim 1.
前記補償情報は、前記温度センサが示す温度に対するモニタ値の補償関数であって、
前記処理部は、前記モニタ電圧をアナログ/デジタル変換した際の前記温度を前記温度センサにより取得し、取得した前記温度に対する前記補償関数の値を用いて補償したモニタ値を算出する、
請求項2に記載の光パワーモニタ用回路。 A temperature sensor provided in the vicinity of the avalanche photodiode;
The compensation information is a compensation function of a monitor value with respect to the temperature indicated by the temperature sensor,
The processing unit acquires the temperature when the monitor voltage is analog / digital converted by the temperature sensor, and calculates a compensated monitor value using the value of the compensation function for the acquired temperature.
The optical power monitoring circuit according to claim 2.
請求項3に記載の光パワーモニタ用回路。 The compensation function is an n-order function or a logarithmic function with respect to the temperature.
The optical power monitoring circuit according to claim 3.
前記補償情報は、前記指示値に対するモニタ値の補償関数であって、
前記処理部は、前記モニタ電圧をアナログ/デジタル変換した際の前記指示値に対する前記補償関数を用いて補償したモニタ値を算出する、
請求項2に記載の光パワーモニタ用回路。 The processing unit includes an instruction value output unit that outputs an instruction value indicating an output voltage to the power supply voltage control unit,
The compensation information is a compensation function of a monitor value with respect to the indication value,
The processing unit calculates a monitor value compensated by using the compensation function for the indication value when the monitor voltage is converted from analog to digital.
The optical power monitoring circuit according to claim 2.
請求項5に記載の光パワーモニタ用回路。 The compensation function is an n-order function or a logarithmic function for the indicated value.
The optical power monitoring circuit according to claim 5.
光モジュール。 The optical power monitor circuit according to any one of claims 1 to 6, comprising:
Optical module.
局側装置。 The optical power monitor circuit according to any one of claims 1 to 6, comprising:
Station side device.
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第1負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する補償情報を予め取得する補償情報取得ステップと、
前記モニタ電流と前記補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力する処理ステップと、を有する、
光パワーモニタ方法。 An avalanche photodiode that outputs a current according to the received light power is connected to the input unit, a current mirror circuit that outputs a monitor current proportional to the input current flowing through the input unit, and the power supply voltage of the current mirror circuit according to the temperature An optical power monitor circuit comprising: a power supply voltage control unit to be changed; and a first load resistor connected in parallel with the avalanche photodiode at an input unit of the current mirror circuit;
A compensation information obtaining step for obtaining in advance compensation information for compensating for a change in the current flowing through the first load resistor due to the power supply voltage control unit changing the power supply voltage according to temperature;
A process step of calculating and outputting a monitor value based on the monitor current and the compensation information,
Optical power monitoring method.
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第1負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する補償情報を予め取得する補償情報取得部と、
前記モニタ電流と前記補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力するモニタ値算出部として機能させる、
プログラム。 An avalanche photodiode that outputs a current according to the received light power is connected to the input unit, a current mirror circuit that outputs a monitor current proportional to the input current flowing through the input unit, and the power supply voltage of the current mirror circuit according to the temperature A computer for controlling the optical power monitoring circuit, comprising: a power supply voltage control unit that is changed; and a first load resistor connected in parallel with the avalanche photodiode at an input unit of the current mirror circuit;
A compensation information acquisition unit for acquiring in advance compensation information for compensating for a change in the current flowing through the first load resistor due to the power supply voltage control unit changing the power supply voltage according to temperature;
Function as a monitor value calculator that calculates and outputs a monitor value based on the monitor current and the compensation information;
program.
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